Obszar badań
Głównym obszarem zainteresowań grupy badawczej są kompozyty cementowe. Prace realizowane przez zespól podzielone są na zadania i dotyczą przede wszystkim:
Projektowania kompozytów cementowych aktywnie reagujących na warunki środowiskowe (smart cement composites).
W tym obszarze badania skupiają się na kompozytach z dodatkami o dobrych właściwościach elektrycznych (grafitu ekspandowanego, grafenu, włókien grafitowych, stalowych, innych) w ilości przekraczającej próg perkolacji, dzięki czemu kompozyty zyskują nowe cechy np. są zdolne do generowania napięcia termoelektrycznego, ich rezystancja zmienia się w funkcji nacisku, temperatury, etc.
Kompozyty mogą być wykorzystywane np. do monitoringu temperatury obiektów budowlanych, ważenia pojazdów w ruchu przez nawierzchnię betonową, monitoringu rozwoju spękań w eksploatowanym obiekcie, etc.
Wykorzystanie kompozytów cementowych z dodatkiem grafitu ekspandowanego do monitoringu temperatury elewacji (zmiany rezystancji)
Kompozyty takie dzięki wysokiemu przewodnictwu elektrycznemu mogą być również wykorzystywane w systemach ogrzewania pomieszczeń lub odladzania nawierzchni drogowych. Rozwijana jest koncepcja inteligentnej płyty parkingowej zdolnej do oceny ilości zajętych miejsc, bez konieczności montażu dodatkowych systemów.
Wysokie przewodnictwo cieplne kompozytów cementowych pozwala na ich stosowanie w geotermii. Porowate dodatki przewodzące mogą być jednocześnie nośnikiem materiałów fazowo-zmiennych, których zadaniem jest buforowanie zmian temperatury poprawiając komfort cieplny w pomieszczeniach lub mogą być stosowane w aktywnej izolacji zbiorników podgrzanej wody w systemach solarnych.
Wykorzystanie spektroskopii impedancyjnej do określenia progu perkolacji grafitu ekspandowanego w matrycy cementowej
Projektowania kompozytów cementowych o zdolności fotokatalitycznego rozkładu zanieczyszczeń powietrza (NOx, SO2) pod wpływem promieniowania UV
Prace skupiają się na wyjaśnieniu mechanizmów pogorszenia właściwości fotokatalitycznych z czasem eksploatacji kompozytów z matrycą z TioCem (cementem z dodatkiem TiO2), poprawie ich efektywności oraz opracowaniu powłok o zwiększonej aktywności fotokatalitycznej. Kompozyty takie można wykorzystać jako aktywne elementy ekranów akustycznych wzdłuż ciągów komunikacyjnych, powłoki w tunelach, fragmenty nawierzchni drogowych, elementy architektury ogrodowej w parkach, etc.
Powszechne wykorzystanie takich materiałów może przyczynić się do znacznej redukcji zanieczyszczenia generowanego przez komunikację samochodową, szczególnie w dużych miastach. Zespół m.in. dysponuje unikatową komorą UV z przepływem laminarnym różnych gazów (równocześnie dwóch), ze stabilizacją wilgotności gazu nośnego i natężenia promieniowania UV w szerokich granicach. Wykorzystanie takiej komory pozwala na badanie m.in. efektów synergicznych występujących w rzeczywistych warunkach eksploatacji.
Rozkład NOx przez zaprawę cementową z TioCem w funkcji wilgotności powietrza
Projektowania i modyfikacji właściwości lekkich wypełniaczy mineralnych.
Niestandardowe podejście do modyfikacji właściwości pozwala obok niskiej przewodności cieplnej lekkich wypełniaczy uzyskać nowe cechy, znacznie rozszerzające ich zastosowanie. Przykładowo perlit ekspandowany lub mikrosfery glinokrzemianowe pozyskiwane jako uboczny produkt spalania węgla w energetyce mogą być np. nośnikiem zeolitów wykorzystywanych do oczyszczania akwenów wodnych, po metalizacji elementem ekranów pola elektromagnetycznego, po modyfikacji ich powierzchni mogą mieć zwiększoną odporność termiczną, etc. Pozwala to projektować nowe kompozyty o niespotykanych do tej pory cechach materiałowych.
Zeolity sodowe na powierzchni perlitu ekspandowanego i mikrosfer glinokrzemianowych
Badania mikrostruktury, właściwości i trwałości spoiw mineralnych, ze szczególnym uwzględnieniem roli dodatków mineralnych, które mogą być wykorzystane jako częściowe zastąpienie klinkieru portlandzkiego w cemencie.
Przykładowo, wykorzystanie odpadów np. pyłu perlitowego, popiołów ze spalarni odpadów niebezpiecznych, popiołów z kotłów fluidalnych, może pociągać za sobą szereg korzyści, w tym przede wszystkim korzyści środowiskowych wynikających z obniżenia emisji CO2 (obniżenie wskaźnika klinkierowego), braku konieczności składowania tych materiałów, możliwości immobilizacji substancji niebezpiecznych w matrycy cementowej, etc.
Dodatki mineralne w istotny sposób wpływają na mikrostrukturę kompozytu cementowego, początkowo będąc zazwyczaj wypełniaczem (przy odpowiednim rozdrobnieniu materiału), a po dłuższym czasie widoczny jest efekt reakcji chemicznej. Zmiany mikrostrukturalne skutkują zmianami wytrzymałościowymi oraz wpływają na zwiększenie trwałości kompozytów, a długoterminowe właściwości spoiw często cechują się lepszymi parametrami niż spoiwa wykonane bez ich udziału. Takie rozwiązania mogą stać się alternatywą dla tradycyjnie stosowanych dodatków tj. żużli i popiołu lotnego, których dostępność z uwagi na zmiany struktury przemysłu maleje.
Badanie właściwości domieszek chemicznych
Współczesne domieszki chemiczne do betonu są zaawansowanymi kompozycjami polimerowymi projektowanymi pod kątem aplikacji, w których będą stosowane. Ich efektywność zależy od wielu czynników, w tym ilości i składu spoiwa, rodzaju dodatków mineralnych, ich uziarnienia, temperatury, etc. Analza ich zachowania, szczególnie w przypadku stosowania nowej generacji niskoemisyjnych spoiw jest kluczowa z punktu widzenia ich działania.
W zespole prowadzimy wieloparametryczne badania zmian napięcia powierzchniowego wody z ich dodatkiem, lepkości i zwilżalności ziaren fazy stałej, przewodnictwa jonowego, etc. w funkcji czasu hydratacji i temperatury.
Druk 3D z betonu i innych materiałów
Druk 3D i inne przyrostowe techniki formowania Nowoczesne techniki formowania materiałów są szybko rozwijającą się dziedziną wiedzy. Dotyczy to również betonu, mas ceramicznych i innych materiałów budowlanych. Szczególnym kierunkiem badań jest budownictwo kosmiczne.
Projekty
PROJEKTY KIEROWANE PRZEZ CZŁONKÓW ZESPOŁU (w ciągu ostatnich 5 lat):
- IDUB Działanie 4 "Aktywne wielofunkcyjne materiały cementowe", kierownik: W. PICHÓR (2021-2023) - w trakcie realizacji,
- 2020/04/X/ST5/00714 "Wpływ zawilgocenia matrycy cementowej na właściwości elektryczne kompozytów z dodatkami przewodzącymi", kierownik: M. FRĄC (2021)
- PBS1/A5/14/2012 "Kompleksowe wykorzystanie odpadu powstającego podczas produkcji lub stosowania perlitu ekspandowanego", kierownik: W. PICHÓR (2012-2016)
Współpraca naukowa
WSPÓŁPRACA NAUKOWA Z INNYMI OŚRODKAMI:
- Auburn University, Department of Civil Engineering, USA
- Biotechnical Faculty, University of Ljubljana, Department of Food Science and Technology, Slovenia
- Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej, Instytut Inżynierii Budowlanej
- Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN, Warszawa
- Instytut Techniki Budowlanej, Warszawa
DOKTORATY W RAMACH WSPÓŁPRACY Z INNYMI OŚRODKAMI (Promotor W.Pichór):
dr inż. Paulina Szołdra „Funkcjonalizacja powierzchni mikrosfer glinokrzemianowych powłoką TiO2”
AGH, współpraca z Cenoshpere Trade and Engineering S.A.
dr inż.Maciek Sypek „Wpływ odwodnienia gipsu w cemencie na efektywność napowietrzenia betonu”
LafargeHolcim Group
Agnieszka Michalik „Ocena użyteczności recyklingowych włókien stalowych z opon w charakterze zbrojenia rozproszonego do betonu”, w trakcie realizacji, Instytut Techniki Budowlanej w Warszawie
Izabela Marchewka „Aktywne tynki i powłoki termoizolacyjne z matrycą polimerową”
w trakcie realizacji, Lakma S.A. Cieszyn
Kornelia Wiśniewska „Wpływ dodatków mineralnych na barwę i właściwości użytkowe wyrobów klinkierowych”
współpraca z King Klinkier